Se ha escrito mucho sobre el famoso Acelerador de partículas (Large Hadron Collider ), algunos lo veían como el inicio de una nueva etapa en la ciencia, otro como un elemento destructor del mundo, pero ¿cual es su función principal?.

A groso modo se puede decir que se diseñó para colisionar haces de hadrones con el pretexto de comprobar la validez de los modelos teóricos de la física de partículas actuales.
Los protones chocan entre si en direcciones diametralmente opuestas a velocidades cercanas a la de la luz (99,99%) produciendo elevadas energías (aunque a escalas subatómicas) lo que permite recrear los eventos ocurridos durante o inmediatamente después del big bang.

Se espera que una vez se encuentre en funcionamiento se detecte la partícula conocida como el Bosón de Higgs (renombrada por algunos como la partícula de Dios.). La observación de esta partícula confirmaría las predicciones y eslabones perdidos del modelo actualmente vigente de la física de partículas, resolviendo el misterio de como adquieren las otras partículas elementales propiedades como su masa.

Según la teoría de la relatividad de Einstein: e=mc2, la energía teóricamente se puede convertir en masa. La fórmula de Einstein nos dice la cantidad equivalente de energí­a que se necesitaria para que una determinada cantidad de masa se convirtiera repentinamente en energí­a.

Es decir que la energía necesaria para convertir un gramo de materia sería muy elevada, (puesto que se necesitaría un total de 0.001 *3*10^16 Julios). Por ello la única forma de intentar recrear la conversión de energía a masa es hacer colisionar protones a gran velocidad, o lo que es lo mismo intentar recrear los mecanismos de formación de elementos que se producen en las estrellas, es decir la fusión nuclear.

Aqui teneis un vídeo explicativo sobre el Bóson de Higgs y su relación con el origen del universo. Espero que lo disfruteis.

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Un “agujero negro” electromagnético que absorbe la luz del entorno ha sido recreado por primera vez.

El dispositivo funciona en frecuencias de microondas, pero pronto podría ampliarse para llegar a atrapar la luz visible, dando lugar a una forma totalmente nueva de captación de energía solar con el fin de generar electricidad.

A principios de este año un diseño teórico sobe como un agujero negro atrapa la luz fue propuesto en un artículo publicado por Evgenii Narimanov y Alexander Kildishev, de la Universidad de Purdue en West Lafayette, Indiana. Su idea era imitar las propiedades cosmológicas de un agujero negro, cuya intensa gravedad hace que el espacio – tiempo circundante se curve, generando una sustancia o radiación cercana que sigue la dirección del espacio-tiempo curvado hacia el interior en forma de espiral.

Narimanov y Kildishev dedujeron que era posible construir un dispositivo que hiciera que la luz se curvara hacia el centro y el interior de una manera similar. De esta forma calcularon que esto podría hacerse mediante una estructura cilíndrica que consistiría en un núcleo central rodeado por una carcasa de anillos concéntricos.

No hay escape

La clave para hacer que la luz se curvase hacia interior consiste en crear permitividad en la carcasa – lo que afecta al componente eléctrico de una onda electromagnética – que aumente suavemente desde el exterior hacia la superficie interna. Esto es análogo a la curvatura del espacio-tiempo cerca de un agujero negro. En el punto donde la carcasa se encuentra con el núcleo, la permitividad del anillo debe coincidir con la del nucleo, por lo que la luz es absorbida y no reflejada.

Ahora Tie Jun Cui y Qiang Cheng de la Universidad del Sudeste en Nanjing, China, se han llevado la teoría de Narimanov y Kildishev a la práctica, construyendo un “agujero negro” para las frecuencias de microondas. Está compuesto de 60 tiras anulares compuestos por el conocido “meta-material”, utilizado anteriormente para crear capas de invisibilidad.

Cada franja tiene la forma de una placa de circuitos grabada con estructuras complejas, cuyas características cambian progresivamente desde una tira hasta la siguiente, de modo que la permitividad varía suavemente. Las 40 bandas exteriores componen la carcasa y el interior de 20 bandas conforman el núcleo absorbente.

“Cuando la onda electromagnética incidente llega al dispositivo, la onda es atrapada y guiada en la región de la carcasa hacia el centro del agujero negro, para pasar a ser absorbida por el núcleo”, dijo Cui. “La onda no saldrá del agujero negro”. En su dispositivo, el núcleo convierte la luz absorbida en calor.

Un trabajo rápido

Narimanov está impresionado por la implementeación que Cui y Cheng han realizado de su diseño. “Me sorprende que lo hayan hecho tan rápidamente”, afirma.

Fabricar un dispositivo que capte longitudes de onda ópticas de la misma manera no será fácil, como la luz visible, que tiene una longitud de onda de órdenes de magnitud más pequeños que la radiación de microondas. Esto requerirá que las estructuras grabadas sean correspondientemente menores.

Cui confía en que puede hacerlo. “Espero que nuestra demostración del agujero negro óptico esté disponible a finales de 2009″, comenta.

Este dispositivo podría utilizarse para captar energía solar en lugares donde la luz es demasiado difusa para que los espejos la concentren en una célula solar. Un agujero negro óptico debería absorver todo y dirigirlo a una célula solar de estubiera en el centro. “Si funciona, ya no se necesitarán de esos enormes espejos parabólicos para captar la luz”, dice Narimanov.

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 Referencias:

• Applied Physics Letters (vol 95, p041106)
• “An electromagnetic black hole made of metamaterials” by Tie Jun Cui and Qiang Cheng’s (preprint archive)

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La Ecuación de Drake recibe su nombre en honor a su creador, el radioastronomo Frank Drake (presidente del Instituto SETI). El objetivo de esta ecuación es estimar la cantidad de civilizaciones existentes en la Vía Láctea con la capacidad de emitir señales de radio detectables.

Drake dedujo su ecuación en 1961 durante su trabajo en el Observatorio de Radioastronomía Nacional de Virginia (EE.UU) mientras realizó la primer búsqueda sistemática de señales de radio de origen extraterrestre.La ecuación de Drake esta integrada por los factores especificos más propensos a tener un papel importante en el desarrollo de civilizaciones.

Dicha ecuación es aceptada en parte por la comunidad científica. El principal punto de discordancia reside en que cada cientifico da su propia estimación a cada factor, con lo que los resultados varian enormemente.

Claro que no todos los científicos están de acuerdo con la ecuación Drake y sus estimaciones. El conocido físico, Enrico Fermi, plantea su famosa Paradoja de Fermi la contradicción entre las estimaciones que afirman que hay una alta probabilidad de existencia de civilizaciones inteligentes en el universo, y la ausencia de evidencia de dichas civilizaciones:

“La creencia común de que el Universo posee numerosas civilizaciones avanzadas tecnológicamente, combinada con nuestras observaciones que sugieren todo lo contrario es paradójica sugiriendo que nuestro conocimiento o nuestras observaciones son defectuosas o incompletas”.

Nuestro Sol es sólo una estrella solitaria entre los 200.000 millones de estrellas de nuestra galaxia. La Vía Láctea es sólo una galaxia entre los miles de millones de galaxias en el Universo. Con estos datos cuesta trabajo pensar que no haya al menos una civilización inteligente ahí fuera. Por ello Drake dedujo la siguiente ecuación:

N= R x fp x ne x fl x fi x fc x L

Dónde:

• N representa el número de civilizaciones inteligentes en la Vía Láctea
• R es el ritmo de formación de estrellas “adecuadas” en la galaxia (estrellas por año)
• fp es la fracción de estrellas que tienen planetas en su órbita
• ne  es el número de esos planetas situados en el interior de la ecosfera de la estrella ( espacio que la rodea, y que está en condiciones de albergar alguna clase de forma de vida)
• fl es la fracción de esos planetas dentro de la ecosfera en los que la vida se ha desarrollado
• fi es la fracción de esos planetas en los que la vida inteligente se ha desarrollado
• fc es la fracción de esos planetas donde la vida inteligente ha desarrollado tecnología e intenta comunicarse
• L es el lapso de tiempo que una civilización inteligente y comunicativa puede existir (años).

Aunque el tanto por ciento de formaciones de estrellas adecuadas era muchísimo mayor cuando la vía láctea se formó, aún somos testigos del nacimiento de nuevas estrellas, muchos de estos fenómenos han sido captados por el telescopio Hubble en las nebulosas del Aguila y de Orión.En principio se puede suponer un ratio de formación de estrellas de 20 al año (R=20).

Muchas de estas formaciones estelares poseen una determinada rotación. Cuando se colapsan, esta gira cada vez más rápido lo que provoca que la nube forme un disco aplanado de gases. Justo en su centro, se forma la estrella principal. Bastante más lejos, pequeñas agrupaciones pueden formar planetas.

Hasta hace muy poco, no existía evidencia de planetas fuera de nuestro sistema solar. Desde 1995, algunos equipos de astrónomos han anunciado el descubrimiento de al menos 22 exoplanetas alrededor de estrellas cercanas.Este descubrimiento incrementa la probabilidad de planetas existentes alrededor de muchas estrellas. Se puede suponer que la mitad de las estrellas forman sistemas planetarios, la otra mitad forman sistemas de estrellas binarias, así que f_p = 0,5.

El factor n_e es más dificil de estimar puesto que contabiliza los posibles planetas no gaseosos similares a la Tierra. La masa debería ser como mínimo similar a la de la Tierra (entre 1/3 y 10) para retener la atmósfera. Por otro lado la distancia planeta-estrella es fundamental, pues los planetas muy cercanos a la estrella tienden a padecer rotación capturada, donde el desfase térmico en ambos hemisferios resulta inhóspito para la vida. Este es el caso de las estrellas pequeñas las cuales son frías y rojas. En el otro extremo estan las grandes estrellas azules las cuales tienen una ecosfera más amplia.Estas estrellas grandes también queman más combustible y no duran demasiado. Normalmente duran tan poco que no dan oportunidad a que se desarrolle la vida antes de que se conviertan en una nova o una supernova y destruyan todo el sistema.

Por tanto el planeta tiene que estar situado en una órbita habitable, a una distancia adecuada del Sol, ni demasiado caliente ni demasiado fría, para que en la superficie del planeta abunde el agua en estado líquido. Una atmósfera estable y agua líquida son buenos soportes para que se inicien los procesos biológicos de la vida que requieren una franja térmica situada entre los –30 ºC y 80 ºC.

Nuestro Sol es de clase estelar G2, estrellas de reducido volumen y de proceso lento en la combustión de hidrógeno, por lo que son energéticamente muy estables y las más longevas para proporcionar el tiempo suficiente para que pueda emerger y evolucionar la vida en un planeta.

En nuestro caso la zona potencialmente habitable se sitúa entre la órbita de Venus y la de Marte. Aunque si existen dos grandes satélites muy distantes del Sol que por ciertas condiciones son posibles candidatos a hospedar algún tipo de vida por muy primitiva que ésta sea. Europa, porque debajo de su corteza de hielo puede albergar agua líquida y Titán, porque su atmósfera posee moléculas orgánicas como el metano. Supondremos un valor de ne=1 para estimar el número de planetas en el interor de la ecosfera.

El siguiente factor, f_l, es la fracción de planetas que han desarrollado vida. Aunque la vida es difícil definirla en términos absolutos, si se puede afirmar que la vida es todo aquello que tiene capacidad de reproducirse. El origen de la vida, incluso en nuestro planeta, continúa siendo un misterio pues no hay ningún principio conocido de la materia que diga que ésta se tenga que organizar en forma de vida. Pero sin embargo en el universo abundan los ingredientes de la vida, como las moléculas de carbono prebiológicas, el hidrógeno, el nitrógeno, el oxígeno y las moléculas de agua.

El problema para estimar este factor reside en que existen pocos ejemplos de planetas donde las condiciones sean correctas para el desarrollo de la vida. Como se comenta anteriormente, Venus, la Tierra y Marte podrían haber tenido en un inicio  las condiciones adecuadas para la generación de vida con la diferencia de que en la Tierra la vida si fue capaz de prosperar a diferencia de sus vecinos.  Se estimara este número en 0,2.

El factor fi, es la fracción de planetas en donde ha surgido la vida y se ha dispuesto del tiempo suficiente para que ciertos organismos desarrollen inteligencia. En nuestro caso, en el planeta Tierra, con unas mil millones de especies, la inteligencia superior se ha producido solo en una única ocasión. La probabilidad es de uno en mil millones.Aunque por otro lado la teoría de la selección natural es una evidencia, la supervivencia de los mejores existe por tanto la mayoría de los científicos afirman que la vida inteligente es un resultado natural de la evolución, dándole un porcentaje de un 100% a este factor. Este es el factor sin duda el más dificil de interpretar y el más discutido de la ecuación.

Con el factor fc, se cuantifica a las criaturas inteligentes y comunicativas con tecnología suficiente para enviar señales.  En  la Tierra, los humanos somos los únicos capaces de hacerlo a diferencia del resto de especies que poseen un nivel moderado de inteligencia pero nunca han desarrollado tecnología para poder hacerlo. Se puede estimar un valor en principio de  f_c = 0,5.

Queda por determinar el número L: la longevidad o probabilidad de supervivencia de las civilizaciones. El primer objetivo de cualquier especie es el de perpetuarse en el tiempo. Pero aparte de una hipotética autodestrucción, también hay que contabilizar dentro del factor L la probabilidad (o periodicidad) de una catástrofe global ajena a los seres inteligentes, como el impacto de un cometa o asteroide sobre el planeta. Como el que hace 65 millones de años provocó en la Tierra la extinción de los dinosaurios, el grupo de especies más desarrollado en ese tiempo. Por ahora no se realizará una estimación de este factor.

Con las suposiciones antes realizadas el cálculo del número de civilizaciones inteligentes sería:

N = R × f_p × n_e × f_l × f_i × f_c × L

N = 20 × 0,5 × 1 × 0,2 × 1 × 0,5 × L

Según estos cálculos  N = L. Es decir, que el número de civilizaciones inteligentes y comunicativas en la galaxia es igual a los años que dura una civilización. El indicador más conflictivo y dificil de estimar de todos. La mayoría de los científicos cree que si una civilización puede superar su tendencia inicial a autodestruirse con su propia tecnología, entonces esa civilización perdurará en el tiempo.

De todas formas según nuestra experiencia habría al menos 73 civilizaciones (el número de años que estamos comunicando señales de radio) y, si una civilización comunicativa durara millones de años, habría la posibilidad de encontrar millones de civilizaciones.

Claro que… estas estimaciones es posible que no sean las correctas. ¿Te atreves a estimar tu mismo el número de civilizaciones inteligentes existentes?

http://www.greenbiteblog.org/index.php/ciencia/45-all/80-ecuacion-de-drake.html

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Esa es la edad de nuestro universo conocido. Pero….¿De donde venimos?. ¿Cuál es el origen de la materia?.

Según la teoría alfa, beta, gamma, el universo estaba constituido al principio por una sustancia compuesta esencialmente por neutrones, a la que George Gamow dio el nombre de Ylem, término utilizado por Aristóteles para designar la materia primordial

Un segundo después del Big Bang, el Ylem era extremadamente denso y caliente, con una temperatura de cerca de 10.000 millones de grados, y los neutrones, comenzaron a desintegrarse en protones y electrones.

La expansión del universo determinó una disminución de la temperatura y, al alcanzar el millón de grados (unos cien segundos después del Big Bang), los neutrones y protones comenzaron a unirse, formando núcleos de deuterio, que a su vez se combinaron con otros protones y neutrones, dando origen a los a núcleos de Helio.

De esta forma, en el plazo de pocos minutos, cerca de la cuarta parte de la masa del universo quedó convertida en helio, mientras que el resto del universo permaneció en la forma de núcleos de hidrógeno.

Durante el siguiente millón de años el universo siguió expandiéndose hasta que la temperatura descendió a unos cuantos miles de grados y se formaron entonces los primeros átomos de Hidrógeno y Helio.

Millones de años más tarde, estos átomos generaron estrellas en cuyo interior tuvieron lugar las llamadas “reacciones nucleares de fusión”.

La fusión nuclear es un proceso donde dos o más núcleos se combinan para formar un elemento con un número atómico mayor (más protones en el núcleo). Las reacciones de fusión son las responsables de la energía emergente del Sol y las estrellas,  dicha energía está relacionada con la famosa ecuación de Einstein, E=mc².

Para que ocurra una reacción de fusión es necesario que los núcleos estén muy cerca el uno del otro de manera que las fuerzas nucleares sean relevantes y aproximen los núcleos, tiene que contrarrestar por tanto a las fuerzas electrostáticas por la que los núcleos de carga positiva se repelen. Por estas razones estas reacciones se alcanzan en el centro de las estrella cuando la densidad y temperatura son suficientemente altas.

Existen diversos ciclos de fusión que son responsables de las diferentes fases de la vida de una estrella tal y como se comenta a continuación.

En primer lugar si una nube de gas es lo suficientemente grande, comienza a contraerse. La densidad y la temperatura aumentan, de manera que la fusión nuclear puede iniciarse. En esta fase el Hidrógeno se convierte en Helio.  Al “consumirse” el Hidrógeno, la contracción se detiene. En este momento, el gas se convierte en estrella. Este es el estado en que se encuentra nuestro Sol.

Después de billones de años, cuando la mayoría del hidrógeno combustible se ha consumido y la estrella comienza a contraerse de nuevo la estrella tiene que usar otro combustible, el Helio, el  siguiente elemento de la tabla periódica después del Hidrógeno.

Cuando la temperatura en el centro de una estrella llega a 100 millones de grados Kelvin sucede la fusión de Helio a Carbono además de la formación de Oxígeno resultante de la fusión de Carbono y Helio.

La etapa siguiente en la vida de una estrella se llama gigante roja, debido en parte al aumento de su tamaño. Cuando a la estrella roja gigante se le acaba el combustible, comienza a contraerse nuevamente. Esta contracción calienta mucho el núcleo de la estrella, de manera que se forman elementos más pesados, como son el Neón, Sodio, Magnesio, Sulfuro, Silicón, Níquel, Cobalto y Hierro.

Cuando a la estrella se le acaba este último tipo de combustible, se concluye que ha llegado al final de su vida. En este punto la estrella comienza a desprender capas porque no puede contenerlas por más tiempo. Convirtiendose en una  nebulosa planetaria.

El centro de la estrella se convierte además en una enana blanca (estrella extremadamente densa con tamaños del orden de un planeta).

Finalmente, cuando la enana blanca ha utilizado toda su energía, para de brillar y se convierte en una enana negra, es decir, una estrella muerta. Se espera que esta sea la última etapa de nuestro Sol.

Para las estrellas con masas mayores que el Sol (hasta 40 veces más grandes), las capas externas de la estrella pueden ser arrojadas con más fuerza. Se trataría entonces de otra etapa en la vida de este tipo de estrellas, convirtiéndose en este caso en una supernova.  Este tipo de estrella colapsa a un tamaño muy compacto  pudiendo llegar a convertirse en un agujero negro.

Teniendo en cuenta esto llegamos a la conclusión de que todos los elementos necesarios para la formación de la vida en la Tierra, fueron y siguen siendo generados por reacciones nucleares de fusión llevadas a cabo en las estrellas a lo largo de las diversas etapas de su vida.

Cabe pensar que la existencia del agua (H2O), principal componente de nuestro organismo y el medio donde se cree que se dieron las reacciones químicas necesarias para el origen de la vida, es obra de estos increíbles astros.

Quizás a partir de ahora ya no solo miraremos a un microscopio para entender las bases de la vida en la Tierra, quizás ahora utilicemos un telescopio para observar a las responsables de la creación de la materia, quizás ahora miraremos a las estrellas….

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